E se o cavalo de Troia tivesse sido despedaçado, revelando a farsa e repelindo a invasão, justamente quando entrava pelos portões de Troia?

Essa é uma descrição apropriada de um sistema de defesa bacteriano recém-caracterizado que fragmenta o DNA estranho.

As bactérias e os vírus que as infectam, os bacteriófagos — ou simplesmente fagos — estão em constante conflito, com as bactérias desenvolvendo métodos para se protegerem contra os fagos, que por sua vez, estão sempre tentando superar essas defesas.

Uma nova pesquisa do Departamento de Biologia do MIT, publicada recentemente na  revista Nature , descreve um sistema de defesa integrado à membrana protetora que encapsula as bactérias. O SNIPE, sigla para nuclease associada à superfície que inibe a entrada de fagos, contém um domínio de nuclease que cliva o material genético, fragmentando o genoma do fago invasor em pedaços inofensivos antes que ele possa se apropriar da maquinaria molecular do hospedeiro para produzir mais fagos. 

Daniel Saxton, pós-doutorando no  Laboratório Laub e primeiro autor do artigo, foi inicialmente atraído pelo estudo desse sistema de defesa bacteriana em  E. coli , em parte porque é muito incomum haver uma nuclease que se localize na membrana, já que a maioria das nucleases flutua livremente no citoplasma, o fluido gelatinoso que preenche o espaço dentro das células.

“Outra coisa que me chamou a atenção é que isso é o que chamamos de sistema de defesa direta, o que significa que, quando um fago infecta uma célula, essa célula consegue sobreviver ao ataque”, diz Saxton. “É difícil repelir um fago diretamente dentro de uma célula e sobreviver — mas esse sistema de defesa consegue.” 

Para Saxton, o projeto ganhou forma durante um experimento baseado em fluorescência, no qual o material genético viral emitia luz caso penetrasse com sucesso na bactéria. 

“O SNIPE estava destruindo o DNA do fago tão rápido que nem conseguíamos ver um ponto fluorescente”, lembra Saxton. “Acho que nunca vi um sistema de defesa tão eficaz antes — você pode bombardear as bactérias com centenas de fagos por célula, mas o SNIPE é uma proteção divina.”

Quando o domínio da nuclease SNIPE sofreu mutação, tornando-o incapaz de fragmentar o DNA, manchas fluorescentes apareceram como de costume, e a bactéria sucumbiu à infecção pelo fago. 

As bactérias mantêm um controle rigoroso sobre todos os seus sistemas de defesa, para evitar que sejam usados contra o hospedeiro. Alguns sistemas permanecem dormentes até que se manifestem, por exemplo, para interromper a tradução de todas as proteínas na célula, enquanto outros conseguem distinguir entre o DNA bacteriano e o DNA invasor de um fago. Antes da descoberta do SNIPE, existiam apenas dois mecanismos previamente caracterizados nesta última categoria. 

“Neste momento, o campo dos fagos está num ponto realmente interessante, em que as pessoas estão descobrindo sistemas de defesa contra fagos a um ritmo vertiginoso”, diz Saxton. 

Saxton afirma que tiveram que abordar o trabalho de uma forma um tanto indireta, pois atualmente não existem estruturas publicadas que descrevam todas as etapas da injeção do genoma do fago. Estudar processos na membrana é um desafio: as membranas são densas e caóticas, e a injeção do genoma do fago é um processo altamente transitório, que dura apenas alguns minutos. 

A proteína SNIPE parece discernir o DNA viral interagindo com proteínas que o fago usa para atravessar a membrana protetora da bactéria. Essa “localização subcelular”, segundo Saxton, também pode impedir que a SNIPE fragmente inadvertidamente o próprio material genético da bactéria.

O modelo descrito no artigo propõe que uma região do SNIPE se liga a uma proteína da membrana bacteriana chamada ManYZ, enquanto outra região provavelmente se liga à proteína "fita métrica" do fago. 

A proteína "fita métrica" recebeu esse nome porque determina o comprimento da cauda do fago — a parte do fago entre as pequenas projeções semelhantes a pernas e a cabeça bulbosa, que contém o material genético do fago. Os pesquisadores revelaram que a proteína "fita métrica" do fago entra no citoplasma durante a injeção, um fenômeno que não havia sido demonstrado fisicamente antes. 

Outras proteínas ou interações também podem estar envolvidas. 

Saxton espera que trabalhos futuros ampliem nossa compreensão do que ocorre durante a injeção do genoma do fago e revelem as estruturas das proteínas envolvidas, especialmente o complexo de túnel na membrana através do qual os fagos inserem seu genoma.

Os membros do Laboratório Laub já estão colaborando com outro laboratório para determinar a estrutura do SNIPE. Enquanto isso, Saxton tem trabalhado em um novo sistema de defesa no qual a mimetização molecular — proteínas bacterianas imitando proteínas de fagos — pode desempenhar um papel importante. 

Michael T. Laub , professor de biologia Salvador E. Luria e pesquisador do Instituto Médico Howard Hughes, observa que um dos experimentos inovadores para demonstrar como o SNIPE funciona surgiu de uma sessão de brainstorming durante um retiro de laboratório.

“Daniel e eu estávamos meio sem saber como medir diretamente o efeito do SNIPE durante a infecção, mas outro pós-doutorando do laboratório, Ian Roney, que é coautor do artigo, teve uma ideia muito inteligente que acabou funcionando perfeitamente”, lembra Laub. “É um ótimo exemplo de como as colaborações internas podem ser poderosas para impulsionar nossa ciência.”